關(guān)于大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工時存在的問題及相關(guān)對策的研究

廣東杭蕭鋼構(gòu)有限公司 向先云

關(guān)于大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工時存在的問題及相關(guān)對策的研究

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隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會生產(chǎn)力的提高,建筑行業(yè)在我國等到了迅猛的發(fā)展,特別是大跨度鋼結(jié)構(gòu)成為我國發(fā)展最迅速也最有特色的建筑類型,其廣泛應(yīng)用于多功能體育場館,會議展覽中心,博覽館,候機(jī)廳,飛機(jī)庫等。因其跨度大、重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜為施工帶來了巨大的挑戰(zhàn)。本文通過工程實(shí)例,分析了大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中的問題及重難點(diǎn),并提出相應(yīng)的解決措施。

大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工難點(diǎn)解決措施

一、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中吊裝點(diǎn)的確定方法

在進(jìn)行大跨度平面和空間桁架結(jié)構(gòu)的吊裝時,吊裝點(diǎn)的選擇是重點(diǎn)。不同位置、不同數(shù)量的吊裝點(diǎn)選擇,對吊裝單元內(nèi)桿件的受力及變形可能有較大的差異。因此確定吊裝單元的吊裝點(diǎn)對結(jié)構(gòu)的安全至關(guān)重要。工程中確定吊裝點(diǎn)的方法按照公式計(jì)算吊點(diǎn)位置,其計(jì)算公式為:

公式中各參數(shù)見下圖中的標(biāo)識。

當(dāng)?shù)跹b單元的質(zhì)量分面不均勻的時候,吊點(diǎn)的選擇不能簡單按照公式進(jìn)行,需要得用有限元軟件(如ANSYS,SAP2000)進(jìn)行質(zhì)心的求解,從而作為吊裝點(diǎn)的選取依據(jù)。在工程實(shí)際中,利用有限元軟件分析,確定吊裝的方法使用較為普遍。

在制定大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工方案時,吊點(diǎn)的選取要要保證桁架在操作平面內(nèi)的穩(wěn)定,也要保證桁架不發(fā)生平面外失穩(wěn)現(xiàn)象。吊點(diǎn)的分布越多,發(fā)生平面外失穩(wěn)的概率就越低。下圖是在一個吊點(diǎn)、兩個吊點(diǎn)和三個吊點(diǎn)的情況下,吊裝操作的平面外的穩(wěn)定狀況?？梢酝ㄟ^ANSYS有限元軟件計(jì)算其平面外失穩(wěn)荷載,進(jìn)而判斷吊裝方案的可行性。

二、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中關(guān)于滑輪力學(xué)的問題及計(jì)算

在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中會使用的很多滑輪來完成吊裝過程,滑輪不僅能夠提升吊裝力而且方便吊裝的過程中在空中調(diào)整吊件的位置與方向。為了計(jì)算出滑輪滿足平衡狀態(tài)的力學(xué)分布,先在桁架的兩端分別加上一個連桿,并對其進(jìn)行ANSYS有限元軟件計(jì)算,只有使桁架兩端水平連桿的內(nèi)力的值為零才能滿足上述要求?？赏ㄟ^冷凍升溫結(jié)構(gòu)分析方法分析滑輪結(jié)構(gòu)的力學(xué)問題。

三、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中關(guān)于設(shè)置臨時支承架的問題

在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中,幾乎都需要設(shè)置臨時支承架,但是設(shè)置臨時支撐架會改變的結(jié)構(gòu)的受力,從而影響到結(jié)構(gòu)的安全,因此,在施工方案的制定中,需對支撐架的設(shè)置進(jìn)行計(jì)算,確定支撐架的大小及支承位置。以澳門體育館為例,澳門體育館由鋼結(jié)構(gòu)及期兩側(cè)支承鋼結(jié)構(gòu)組成,施工時,首先進(jìn)行拱腳基座和拱桁架第一段的安裝,然后安裝拱桁架的第二段。通過設(shè)置支撐架,完成拱段的拼接。拱段安裝完成,在拆除支撐架以前,經(jīng)起重試驗(yàn)結(jié)果表明,主桁架和拱腳基座安裝完成后,拱腳水平推力更大,拱腳設(shè)計(jì)不能達(dá)到施工標(biāo)準(zhǔn)要求。通過計(jì)算,在主拱下設(shè)置兩處臨時支撐架,可以減少在底板上的最大推力和垂直豎向的撓度值,方便主桁架間的順利連接。

四、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中關(guān)于拆撐過程中的安全問題

在大跨度鋼結(jié)構(gòu)的形成過程中,必須進(jìn)行設(shè)置臨時支撐柱。在所有的組件安裝到位之后,將所有臨時支撐柱進(jìn)行拆除。在進(jìn)行拆除臨時支撐柱的時候就是將結(jié)構(gòu)的受力點(diǎn)轉(zhuǎn)移的和重新分配。拆除最后一個臨時支撐柱的結(jié)構(gòu)是完全的設(shè)計(jì)狀態(tài)。臨時支撐柱拆除原:(1)由內(nèi)部的受力系統(tǒng)轉(zhuǎn)換造成的內(nèi)力變化緩慢的過程;(2在結(jié)構(gòu)受力的各個部分的設(shè)計(jì)狀態(tài)應(yīng)該是在彈性范圍內(nèi)不允許構(gòu)件發(fā)生永久變形;(3)支持拆卸容易控制,安全和可靠。

五、在大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工預(yù)應(yīng)力張拉全過程計(jì)算及方法

預(yù)應(yīng)力鋼是實(shí)現(xiàn)大跨度結(jié)構(gòu)的最佳形式之一。通過預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的力度變化可以調(diào)整力度分布,以改善內(nèi)部力量和振幅內(nèi)力分配結(jié)構(gòu),以達(dá)到增加大跨度鋼結(jié)構(gòu)的剛性效果。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工的預(yù)應(yīng)力鋼關(guān)系非常密切。預(yù)應(yīng)力鋼可分為兩大類,一類是完全提供預(yù)壓力的形式,如穹頂結(jié)構(gòu),網(wǎng)架結(jié)構(gòu),索膜結(jié)構(gòu),另一類是增加結(jié)構(gòu)剛度的形式,如張弦梁結(jié)構(gòu),弦支穹頂結(jié)構(gòu)。前一類的施工過程是由機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)的過程,由于彈性剛度的變化,我們必須考慮幾何非線性的影響。第二種形式是混合的結(jié)構(gòu)形式。

六、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中的過程跟蹤模擬計(jì)算方法

為確保大跨度鋼結(jié)構(gòu)在安裝過程中的安全,往往需要根據(jù)施工的過程,采用計(jì)算軟件進(jìn)施工模擬計(jì)算,以確保結(jié)構(gòu)及其所有桿件在安裝的過程中滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求。大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工是一個持續(xù)的過程,在這個過程中,結(jié)構(gòu)內(nèi)部的桿件內(nèi)力和位移是不斷變化的。對于每個階段的內(nèi)力和位移計(jì)算,需要找到以下的施工過程中最危險(xiǎn)的階段進(jìn)行精確控制,以確保施工結(jié)構(gòu)安全。此外,因?yàn)榘惭b過程中結(jié)構(gòu)的位移會發(fā)生變化影響以后的處理,因此,加工中根據(jù)計(jì)算的結(jié)果設(shè)置一定的起拱值,來改善或避免這種影響。

七、大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工中柔性結(jié)構(gòu)的成型問題及計(jì)算

索穹頂結(jié)構(gòu)是張拉典型的圓頂空間結(jié)構(gòu)體系,施工方法及計(jì)算其形狀是新結(jié)構(gòu)在施工期間的主要問題的。圓頂從脊索,循環(huán)索,支撐桿和中心受拉力鋼環(huán)和外圈受壓力鋼環(huán)梁構(gòu)成。按不同的順序和不同的預(yù)應(yīng)力增加措施,使得結(jié)構(gòu)逐步形成。在一般情況下,索穹頂結(jié)構(gòu)只有兩種施工方法和順序:

(1)首先,拉中央桁架或者使中間拉力環(huán)提升至設(shè)計(jì)位置并用臨時施工塔架進(jìn)行支承,結(jié)構(gòu)定位在中間之后,然后由外圈開始向內(nèi)張拉斜拉索。

(2)第一固定脊索、斜索與外環(huán)之間的連接,以及從外環(huán)開始向內(nèi)斜索力進(jìn)行提升,然后才能提內(nèi)拉環(huán)。

八、結(jié)語

大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑在中國已經(jīng)進(jìn)入了一個快速增長期,不僅設(shè)計(jì)上有很多技術(shù)性的問題有待解決,施工過程中遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)也日益增多。施工過程中遇到的的建筑力學(xué)的許多問題,沒有系統(tǒng)的研究使得大跨度的鋼結(jié)構(gòu)施工措施不盡科學(xué)。在本文中,我們對一些大跨度鋼結(jié)焦點(diǎn)結(jié)構(gòu)工程的主要方面的問題施工力學(xué)研究,總結(jié)了經(jīng)驗(yàn),應(yīng)該注意到,一些技術(shù)問題,期望大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑更加安全和經(jīng)濟(jì)。

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